Библиографическое описание:

Садуллаев А. Б. Инфракрасный фотоприёмник, работающий при наличии фонового освещения // Молодой ученый. — 2011. — №2. Т.1. — С. 47-49.

Как известно из литературных данных [1-5], регистрация слабой интенсивности инфракрасного излучения является одной из основных проблем в области оптоэлектроники. Чувствительность существующих инфракрасных фотоприёмников, работающих в основном на изменение фотосопротивления материала [1-5], недостаточна для регистрации низкой интенсивности инфракрасного излучения. Не все фотоприёмники могут регистрировать инфракрасные излучение при наличии фонового (интегрального) освещения. В настоящее время во многих областях науки и техники требуются высокочувствительные инфракрасные фотоприёмники, работающие при наличии достаточной интенсивности фонового освещения.

В связи с этим целью данной работы явилось изучение фотоэлектрических свойств сильно компенсированного кремния легированного марганцем с максимальной концентрацией электроактивных атомов в условиях сильной компенсации и возможности создания принципиально новых видов инфракрасных фотоприёмников, регистрирующих слабые потоки инфракрасного излучения при наличии достаточной интенсивности фонового освещения.

Для исследования в качестве исходного материала использован промышленный монокристаллический кремний КДБ-1, с концентрацией бора NB=2·1016 см-3. Сильно компенсированные материалы p-Si<B,Mn> с удельными сопротивлениями ρ=102÷2·105 Ом&#;см получали с помощью диффузии атомов марганца из газовой фазы [8] .

Спектральная зависимость фотопроводимости определялась на установке ИКС-21, в температуре Т=77 К при наличии фонового освещения. Фоновое освещение создавалось обычным интегральным освещением различной интенсивности. После установления стационарного значения фонового фототока, снималась спектральная примесная фотопроводимость в области инфракрасного излучения h&#; =0.2÷1.1 эВ.

Для исследования удельного сопротивления на коэффициент чувствительности материала нами исследовано спектральная зависимость фотопроводимости образцов с различными удельными сопротивлениями при наличии постоянного интегрального освещения. Из рисунка (рис.-1, крив.-1,2,3) видно, что независимо от удельного сопротивления образцов p-Si<B,Mn> значения фототока практически не меняются в интервале энергии падающих фотонов h&#;=0.2÷0.4 эВ а, начиная с h&#;&#;0.4 эВ происходит уменьшение фототока достаточно резко, т.е. имеет место инфракрасное гашение фотопроводимости [7]. Следует отметить, что в сильно компенсированных образцах p-Si<B,Mn> с удельным сопротивлением ρ&#;2·105 Ом&#;см, с увеличением энергии фотонов в интервале h&#;=0.4÷0.48 эВ фототок уменьшается. Это гашение имеет своё максимальное значение при h&#;=0.47÷0.48 эВ. При этом кратность гашения, т.е. уменьшение фототока относительно значения фонового тока (, где – значение фонового фототока, – значение фототока при дополнительном освещении инфракрасным светом) достигает 5÷6, порядков, т.е. всего в интервале энергии фотонов инфракрасного света h&#;=0.4÷0.48 эВ фототок уменьшается на 5÷6 порядков. Дальнейшее увеличение энергии фотонов инфракрасного света приводит к уменьшению кратности гашения, а при h&#;=0.57 эВ значении фонового фототока восстанавливается, т.е. процесс инфракрасного гашения фотопроводимости прекращается и затем, независимо от наличия достаточного значения фонового света (фонового фототока), начиная с h&#;&#;0.57 эВ, наблюдается существенная примесная фотопроводимость. Таким образом, в интервале h&#;=0.4÷1.1 эВ наблюдается достаточно высокая чувствительность этих образцов инфракрасного света при наличии фонового (интегрального) освещения.

Рис.-1. Спектральная зависимость фотопроводимости в образцах р-Si<В,Mn> при Т=77 К, Е=20 В/см.

1. ρ&#;2·105 Омсм, 2. ρ&#;5·104 Омсм, 3. ρ&#;4·103 Омсм.

Результаты исследования показали, что в интервале энергии фотонов h&#;=0.4÷0.48 эВ (где, в образцах p-Si<B,Mn> с удельным сопротивлением ρ&#;2·105 Ом&#;см кратность гашения составляет 6 порядков) с уменьшением удельного сопротивления материала кратность гашения уменьшается, и энергия, соответствующая максимальному значению гашения (крив.-1,2,3) смещается в сторону больших энергий. Также следует отметить, что такая сильная спектральная зависимость и аномально глубокое инфракрасное гашение фотопроводимости имеется в интервале значение фототока , т.е. в достаточно широком интервале значения фонового фототока.

Инфракрасное гашение фотопроводимости наблюдалось во многих фоточувствительных полупроводниковых материалах [6,7], однако столь глубокое инфракрасное гашение фотопроводимости (где кратность гашения составляет 6 порядков) как нами известно, ещё не обнаружено ни в одном полупроводниковом материале.

На рис.2 представлен спектр инфракрасного гашения фотопроводимости в образцах p-Si<B,Mn> с удельным сопротивлением ρ&#;2·105 Ом&#;см при наличии постоянного значения фонового тока при различной интенсивности (мощности).

Рис.-2. Спектральная зависимость фотопроводимости в образцах р-Si<В,Mn> с удельным сопротивлением ρ&#;2·105 Ом&#;см при Т=77 К, Е=20 В/см, мощность инфракрасного излучения; 1., 2., 3. 4. .

Интенсивность инфракрасного излучения управлялась с помощью эталонного фильтра. Как видно из рисунка (крив.-1,2,3,4), с уменьшением интенсивности инфракрасного излучения начало и положение максимума гашения практически не меняется, а конец гашения слабо смещается в сторону меньшей длины волны инфракрасного подсветка. Установлено, что в зависимости от значения фонового тока минимальная пороговая мощность инфракрасного излучения составляет .

Результаты исследования показали, что в зависимости от значения фонового тока инфракрасное гашение фотопроводимости в сильно компенсированном кремнии легированном марганцем p-Si<B,Mn> с удельным сопротивлением ρ&#;2·105 Ом&#;см имеется в интервале температур Т=77÷180 К, т.е. температурная область работы таких фотоприёмников составляет Т=77÷180 К.

Определено оптимальное удельное сопротивление компенсированного кремния легированного марганцем для регистрации минимальной мощности инфракрасного излучения при наличии максимального значения интенсивности фонового света, а также экспериментально определены основные параметры таких фотоприемников в зависимости от удельного сопротивления самого материала.


Литература:
  1. Р.Дж. Киес, П.В. Крузе, Э.Г. Патли и др. Фотоприёмники видимого и ИК диапазонов. Издательство: Радио и связь, 1985 г.

  2. О.Ермаков. Прикладная оптоэлектроника. Издательство: Техносфера, 2004 г.

  3. С.Зи. Физика полупроводниковых приборов 2 том. Москва, МИР. 1984 г.

  4. Э.А.Шевцов, М.Е. Белькин. Фотоприёмные устройства волоконно-оптических систем передачи. Издательство: Радио и связь, 1992 г.

  5. Э.Удда. Волоконно-оптические датчики. Издательство: Техносфера, 2008 г.

  6. Bakhodirkhanov M.K, Zikrillaev N.F, Sadullaev A.B. Anomalli deep infrared quenching of photoconductivity in strongly compensated semiconductor. 5-th International Symposium on Advanced Materials, 25.09.1997 у . Pakistan.

  7. А.Роуз. Основы теории фотопроводимости. Мир. 1966 г.

  8. Б.И. Больтакс, М.К. Бахадирханов. Компенсированные кремний. Л. Наука 1972 г.


Основные термины (генерируются автоматически): инфракрасного излучения, значения фонового, наличии фонового, значения фонового тока, фонового фототока, фонового освещения, интенсивности инфракрасного излучения, наличии фонового освещения, инфракрасное гашение фотопроводимости, интенсивности фонового, инфракрасного гашения фотопроводимости, кратность гашения, интенсивности фонового освещения, удельным сопротивлением, значения фонового фототока, достаточной интенсивности фонового, Спектральная зависимость фотопроводимости, фотонов инфракрасного света, энергии фотонов инфракрасного, мощность инфракрасного излучения.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос